考虑船舶影响的超高扬程升船机地震响应研究

采用ANSYS有限元软件,建立了200 m扬程的升船机整体有限元模型,包含了卷筒、钢丝绳、平衡重、塔柱、承船厢、顶部联系梁、纵横导向机构、挡土墙以及地基。利用Housner模型和修正Housner模型简化了厢-水、厢-水-船动力耦合模型。通过有限元计算,对比分析了8度地震作用下,厢内有船和无船两种工况时,升船机塔柱以及承船厢的位移和加速度响应以及特征部位的应力响应。结果表明:升船机塔柱顶部的最大横向位移为36.61 cm,满足规范限值要求;地震作用下底板和塔柱筒体的交界面发生应力集中现象,需加强配筋;厢内船舶对升船机整体系统的动力响应影响不大,但是对承船厢有较为明显的影响,在研究地震作用下承船厢动力响应时,厢内船舶不能被忽略。     

超高扬程升船机顶部机房形式及地震鞭梢效应分析*

以白鹤滩超高扬程齿轮齿条垂直升船机工程为例，对不同机房形式的升船机方案，运用ANSYS有限元软件，建立了考虑地基-塔柱-顶部机房共同作用的升船机塔柱结构三维有限元模型，采用时程分析法计算升船机塔柱和顶部机房在不同工况下的位移和加速度响应，对比不同工况的地震响应和鞭梢效应。研究结果表明：塔柱结构一阶振型是横向振动，二阶振型是扭转振动，进行塔柱结构设计时有必要适当增强结构的抗扭刚度；地震作用下超高扬程升船机结构鞭梢效应明显，分离式机房较整体式机房在鞭梢效应方面表现更弱。在升船机结构设计时宜合理选定机房形式，塔柱顶部宜采用梁板结构连系。     

黏弹性人工边界在坞式闸室结构动力计算中的应用

应用ANSYS通用有限元软件编制黏弹性人工边界的计算程序,通过算例验证该计算方法的可行性。建立基于黏弹性人工边界的坞式闸室结构的动力计算模型,对坞式闸室结构进行固定边界和黏弹性边界下不同边界范围的动力计算分析。计算结果表明:与固定边界相比,黏弹性人工边界有更高的可靠性。在地震动力作用下,闸墙顶部的动力加速度响应最为明显,在闸墙底部拉应力响应最大;闸室底板下部受拉,最大拉应力值大于闸墙的最大应力;地基深度范围取值在2~3倍以上结构底宽时,结构响应已趋于稳定。     

不同连接属性下低桩承台重力式码头动力特性

为了研究不同连接属性对结构动力特性的影响,利用ABAQUS软件建立精细化有限元模型,对上下部结构采用锚固连接和摩擦接触两种连接方式形成的低桩承台重力式码头整体结构进行动力时程分析,研究两种连接属性所对应结构的地震响应规律。结果表明,在地震结束时,锚固连接结构的残余位移比摩擦接触结构小;摩擦接触结构水平峰值加速度之差大于锚固连接结构;锚固连接结构的最大与最小拉(压)应力均小于摩擦接触结构;摩擦接触结构最大动土压力值、最大与最小动土压力之比均大于锚固连接结构。     

地下水封洞库截面形状优化研究

地下水封洞库截面形状对围岩稳定性及支护结构安全性具有重要影响。以某地下水封洞库马蹄形截面为基础,设计三种不同规格的洞室截面(18m×26m,20m×24m,22m×26m),利用FLAC3D数值分析平台,开展洞室截面形状优化研究。数值模拟结果表明:仅有18m×26m截面在边墙部位出现拉应力集中区,最大为0.13MPa,20m×24m截面的最大压应力为16.8MPa小于22m×26m截面的18.2MPa;围岩位移量中,20m×24m截面最小,为3.72mm;围岩塑性区基本呈环形分布,其厚度约为4-5m,且20m×24m截面产生的塑性区体积最小。分析认为,20m×24m截面最优的原因在于该区以水平地应力为主。研究结论从而为其它地下水封洞库截面形状设计提供参考。     

基于修正Housner模型的承船厢结构动力响应研究*

针对地震作用下承船厢结构受力问题，进行厢-水-船耦合动力响应研究。利用ANSYS软件建立承船厢系统有限元模型，采用修正Housner理论模拟水-船耦合体作用，对比分析承船厢处于底部、中部和顶部3种工况下的动力响应。结果表明：同一地震作用下，承船厢位置从底部至顶部变化，承船厢结构主纵梁中部位置的横河向、顺河向最大加速度、最大等效应力都随之增大；当承船厢位于顶部时，横河向、顺河向的最大位移分别为263.31、0.174 mm，最大加速度分别为3 371.97、1.47 mm/s2，最大等效应力为52.76 MPa；在进行承船厢设计时，可将承船厢位于顶部的工况作为设计依据。     

超大直径钢管桩风机基础优化研究

针对近海风机基础中的超大直径独立桩基础的力学问题,结合实际工程,采用数值软件对其进行模拟计算,得 到桩长、桩壁厚与位移和应力变化曲线,以及局部改变桩壁厚和增加翼缘对桩位移和应力的影响。通过计算分析认为：桩 长和桩壁厚都在一定范围内对桩位移和应力有影响,桩壁厚局部变化对位移影响不明显,但对应力有显著变化;在泥面下 一定范围内增加翼缘能有效减小侧向位移, 并给出翼缘的最优入土长度和厚度,为实际工程提供设计依据。     

水力式升船机单井塔柱内对拉钢索优化布置

单井型塔柱结构极大改善了水力式升船机竖井水位同步性问题,但随着提升高度增大,竖井内水深越大,侧壁位移、弯矩过大等问题更加突出。以150米级单井塔柱为例,提出了竖井内布置对拉钢索的设想和简化布置方案。基于钢索拉力权重分配系数的优化方法,取得了钢索等应力的密度分布最优解,并离散转化为等效的等荷载布置方案,可在实际工程中应用。经有限元模型结果对比分析,等荷载布置与简化方案相比,最大位移可减小47.44%,纵竖向弯矩极值差别不大。与无钢索方案比较,最大位移、纵向弯矩、竖向弯矩可分别减小93.5%、74.36%、75.84%。高强钢索预应力方案值得进一步研究。     

新增纵梁与原主梁之间界面收缩徐变效应分析

增加主梁改造桥梁结构时,新浇混凝土收缩徐变对新浇主梁产生不利影响.通过对收缩徐变产生的界面应力分析,得到界面应力的分布形式和界面应力的影响因素.结果表明:新浇主梁收缩徐变产生的纵向拉应力在固定端最大,铰接端为零,界面剪应力铰接端最大,固定端为零;混凝土收缩徐变所产生的界面应力随着时间增长而逐渐增大,且后期增长速度小于前期增长速度;收缩徐变产生的界面应力随着新截面增加而增大,随着年环境平均湿度增加而减小;新增混凝土强度与原主梁混凝土强度相差越大,产生的界面应力也越大.     

港口大型储煤混凝土筒仓结构优化

以黄骅港煤炭四期筒仓工程为例,对40 m混凝土筒仓主要结构优化进行介绍。本工程筒仓基础形式为：平板筏基+后压浆钻孔灌注桩,结构性能良好,施工工艺简单;仓底采用大型锥形吊挂漏斗,仓底空间充裕,有利于设备的安装和检修;漏斗采用超轻填料,减轻结构自重,节省基础投资;仓壁取消顶部环梁,方便滑模施工;降低筒仓上部钢结构廊道高度和宽度,钢结构桁架上下弦拉通,节点构造更为安全可靠。     

强迫位移式门式刚架的强迫位移量确定方法

强迫位移式门式刚架中间设置摇摆柱,在柱顶与斜梁连接处设置强迫位移。不仅摇摆柱限制刚架跨中位移,而且强迫位移量产生的预应力可调节结构在荷载作用下的内力,使得内力分布更为均匀。如何确定强迫位移量是强迫位移式门式刚架的关键问题。文中建立了强迫位移量的确定准则：在竖向荷载的作用下,屋脊弯矩与梁柱连接处或斜梁跨中截面弯矩绝对值相等,构件内力分布达到最均匀状态。依据该准则及结构变形叠加原理,建立了门式刚架的强迫位移量的确定方案及计算公式,为强迫位移式门式刚架的初步设计奠定了理论基础。     

海洋平台火炬塔筒体结构应力分析

针对海洋平台火炬塔筒体结构强度设计问题,采用Ansys软件的静力学模块对单个火炬塔筒体和3个火炬塔筒体进行静力分析,得到不同工况条件下的结构应力值和变形位移值。结果表明,单个火炬塔筒体可承受的最大压力载荷大于3个火炬塔筒体可承受的最大压力载荷。火炬塔筒体的分析方法和结果对后续石油化工废气处理装置的设计和安装具有一定的指导意义。     

船闸深基坑开挖对桥桩边坡应力的影响

为研究某船闸基坑开挖对桥梁桩基边坡应力的影响,进行了土工离心模型试验,分析得到了基坑开挖越深桩两侧土压力的差值越大、桩顶水平位移也随之增大的结果。采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析,计算结果表明:基坑开挖过程桥桩朝基坑方向产生水平位移,右侧桩身受拉越来越明显,桩身应力及弯矩数值也越来越大,最大拉应力值达到了3. 61 MPa,大于桩体混凝土抗拉强度标准值。采取了开挖桩体右侧的上部土体反压在坡脚并结合排桩支护的加固措施,取得了良好的加固效果。     

大面积荷载下超长水泥土搅拌桩承载性状的有限元分析

运用有限元分析程序,重点分析了荷载在超长水泥土搅拌桩桩身的传递规律,桩身强度、复合地基面积置换率、上部荷载作用面积、桩顶垫层刚度及桩径等参数对桩身附加应力的影响。计算结果表明,超长水泥土搅拌桩在桩身强度较高或大面积荷载情况下,桩顶荷载可以传递到桩体下部,水泥土搅拌桩的“有效桩长”概念宜进行调整;大面积荷载下宜采用刚度较大的垫层(如碎石或土工复合垫层),水泥土强度有保证时,宜采用低面积置换率等。     

圆形基坑地连墙支护结构监测分析

圆形基坑多为应用于特殊场合的深基坑,根据基坑支护结构监测的实测资料,对地下连续墙侧向位移、墙顶水平位移、墙体垂直沉降、孔隙水压力、土压力及墙体内力等监测结果进行了分析,认为:原支护结构偏于保守,支护结构可以得到进一步优化。     

新型桁架箱体浮筏结构重量优化研究

结合桁架结构的优点,将桁架结构应用于传统浮筏形成一种新型桁架箱体浮筏结构,并对其重量进行优化。首先在有限元软件Abaqus中建立了桁架箱体浮筏模型,然后基于模态分析,重力场分析和抗冲击分析,以筏架上、下面板厚度为设计变量,分析了面板厚度变化对结构刚度及强度水平的影响,且在保证足够刚度和强度水平的前提下,浮筏减重可达15.4%。本文的研究可为新型桁架箱体浮筏的结构轻量化设计奠定基础。     

Snap behaviour in the upheaval buckling of subsea pipelines under topographic step imperfection

Pipelines exposed to high temperature and high pressure with a topographic step imperfection are susceptible to the phenomenon of upheaval buckling potentially leading to a hazard for the structural integrity of the pipeline. To analyse this problem we derive analytical upheaval buckling solutions and obtain the locations of maximum displacement and maximum axial compressive stress. We also analyse the typical post-buckling behaviour and its dependence on step height, axial soil resistance and wall thickness. The difference in behaviour between a pipeline with step imperfection and one with a symmetric prop imperfection is discussed. Our results show that a pipeline with a step imperfection is more prone to upheaval buckling than a perfect pipeline. For sufficiently small step heights the pipeline may suffer a snap-back instability under decreasing thermal loading, raising the possibility of hysteretic snap behaviour under cyclic thermal loading (for instance caused by periodic start-ups and shut-downs). The snap-back buckling disappears for large enough step height and the minimum critical temperature difference decreases with increasing step height and wall thickness or with decreasing axial soil resistance. The maximum compressive stress decreases with increasing step height and axial soil resistance or with decreasing wall thickness. A pipeline with step imperfection is safer than one with a symmetric prop imperfection.     

游艇码头定位桩桩长的确定方法

针对温州瓯江港区浮式游艇码头在接近35 m淤泥质土的地质条件下全直定位桩桩长确定和地基承载能力的问题,采用数值模拟方法,在波浪力和水流力作用下,对不同定位桩长的码头结构进行三维全尺度数值模拟分析和地基承载力校验,得到不同定位桩长的剪力和弯矩的内力分布特征、桩顶最大位移、桩身最大应力随不同桩长变化趋势。再根据定位桩自重和桩侧土极限侧摩阻力标准值确定桩底应力,与地基承载能力进行对比分析。研究表明,对于类似工程,可采用以地基承载力和桩顶位移为主、以桩身应力控制为辅助的控制方法来确定桩长。